Una mappa del mondo oscuro

Questa è stata la settimana del meeting dell'American Astronomical Society e, come sempre, ci sono state un po' di novità interessanti. La più importante, dal mio punto di vista, riguarda la materia oscura. La materia oscura è uno dei costituenti fondamentali del nostro universo (rappresenta il trenta per cento circa del contenuto complessivo del cosmo) ma non sappiamo ancora che cosa diavolo sia. Di certo non è lo stesso tipo di roba di cui siamo fatti noi (atomi, cioè) e, come dice il nome, è invisibile attraverso osservazioni astronomiche dirette. In realtà, è ancora più difficile da osservare in laboratorio e, finora, non è stata scoperta una particella che possa avere le caratteristiche necessarie a impersonare il ruolo di materia oscura.

Allora, come sappiamo che c'è? Lo sappiamo perché, siccome ce n'è tanta in giro nell'universo, notiamo l'effetto della sua attrazione gravitazionale sul resto della materia, quella che possiamo osservare direttamente. Esistono molte evidenze di questo tipo, su cui, con calma, tornerò un'altra volta. Ma, questa settimana, è stata presentata la mappa più ampia e dettagliata della distribuzione tridimensionale di materia oscura, ottenuta grazie a una combinazione di osservazioni fatte dal telescopio spaziale Hubble, XMM, Spitzer, e da altri strumenti a terra (il Very Large Telescope, il Keck, il Very Large Array e il Subaru Observatory). Il progetto complessivo si chiama COSMOS, e ha messo insieme una quantità incredibile di dati, ricostruendo la distribuzione nel cosmo di oltre due milioni (!) di galassie, da quelle più vicine a noi fino a quelle a una distanza di circa 6 miliardi di anni luce (così lontane, cioè, che la loro luce ha impiegato sei miliardi di anni a raggiungerci, viaggiando a 300 mila km/s).

Ora, quando la luce emessa da una galassia attraversa una regione del cosmo contenente molta materia oscura, essa viene deviata. Questo è un fenomeno scoperto da Einstein, e chiamato "lente gravitazionale": il percorso della luce viene curvato da un campo gravitazionale molto forte, e quindi l'immagine delle galassie appare distorta. Questo è uno dei modi che gli astronomi usano per ricostruire la presenza di materia oscura. E così, usando i dati di COSMOS, si è potuta mappare per la prima volta la distribuzione di materia oscura su una regione enorme, mettendo insieme strati a distanze diverse, come con una specie di tomografia. Ecco la mappa ricostruita:


L'immagine inferiore è la distribuzione di materia oscura. Andando verso destra nella mappa, stiamo guardando a distanze sempre maggiori: quindi, come sempre in cosmologia, stiamo anche guardando indietro nel tempo. All'estrema destra della figura, vediamo luce partita circa 6 miliardi e mezzo di anni fa! Per i cosmologi, una delle cose interessanti di questa immagine è che, proprio come ci si aspetta teoricamente, la distribuzione di materia cambia nel tempo: andando da destra a sinistra (cioè, andando da tempi più remoti a tempi più recenti) essa diventa meno omogenea, si coagula formando strutture più piccole, assomigliando sempre di più a una specie di spugna. L'universo evolve, diventando più "interessante" man mano che il tempo passa: in passato era semplice, oggi è differenziato. Intorno agli addensamenti di materia oscura si è aggregata la materia ordinaria, formando galassie e gruppi di galassie, e in definitiva, la complessa struttura del cosmo attuale.